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北京工业大学苏雪琼副教授团队——离子液体处理提升MAPbI3晶体 X 射线光电探测器性能

已有 662 次阅读 2024-6-22 08:51 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

原文出自 Coatings 期刊

Su, X.; Wang, R.; Yu, H.; Wang, J.; Chen, R.; Ma, H.; Wang, L. Improvement of X-ray Photoelectric Conversion Performance of MAPbI3 Perovskite Crystals by Ionic Liquid Treatment. Coatings 2024, 14, 633.https://www.mdpi.com/2079-6412/14/5/633

    

通讯作者介绍

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苏雪琼 副教授

北京工业大学

北京工业大学物理与光电工程学院副教授。2002年东北林业大学本科毕业;2010年北京工业大学硕士毕业;2014年北京工业大学博士毕业;2011—2012年澳大利亚国立大学激光物理中心博士联培;2012—2013年北方微电子挂职锻炼;2002—2007年在安徽理工大学工作;2014年入职北京工业大学。主要从事微纳半导体光电材料和器件的研究工作。

    

文章导读

自组装杂化钙钛矿MAPbI3晶体因其碘原子的原子序数大和窄带隙特性,在X射线探测领域展现出独特优势。然而,其空气稳定性差和表面缺陷多的问题限制了其性能。作为环境友善的新一代电解质材料,离子液体以其高电子密度和填补卤素缺陷的能力,为优化钙钛矿性能提供了新的途径。现有离子液体对钙钛矿材料的改进思路多聚焦于太阳能电池和LED方面,针对钙钛矿X射线光电探测器的提升则鲜有报道。来自北京工业大学的苏雪琼副教授及其团队在 Coatings 发表了文章,介绍了三种离子液体两种处理方法对MAPbI3晶体光电转换和X射线探测器灵敏度性能的提升,本文对研究离子液体与钙钛矿单晶的相互作用及提升在X射线探测器性能方面有着重要意义。

      

研究过程与结果

作者在文中运用1-乙基-3-甲基咪唑双 (三氟甲烷磺酰) 亚胺盐 (EMIMNTF2)、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Emim]BF4)、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲酰亚胺盐 (HMITFSI) 三种离子液体,分别以通电浸泡与混合无水乙醇浸泡两种方案,对用于制备X射线探测器的MAPbI3晶体进行处理,以期能够提升MAPbI3 X射线探测器的性能。

作者测试了处理前后MAPbI3晶体的X射线光电转换性能、X射线探测器的灵敏度和光致发光 (PL) 光谱强度。X射线光电转换性能通过测量晶体在X射线激发下的光电流密度来评估;X射线探测器的灵敏度则通过比较处理前后探测器对X射线的响应来确定;PL光谱强度用于评估晶体的光学性能。

实验结果表明,使用HMITFSI离子液体处理后的MAPbI3晶体在X射线激发下表现出显著增强的光电流密度。与未处理的MAPbI3晶体相比,电化处理后的HMITFSI MAPbI3晶体的平均光电流密度增加了826.85%。这一结果表明,离子液体处理能够有效提升MAPbI3晶体的X射线光电转换性能。同时,由HMITFSI离子液体处理后的MAPbI3晶体制作的X射线探测器显示出更高的灵敏度,其灵敏度提高了72.6%。这表明离子液体处理不仅提高了晶体的光电转换性能,还增强了探测器对X射线的响应能力。然而,与未处理的晶体相比,电化处理后的HMITFSI MAPbI3晶体的PL光谱强度降低到未处理强度的90%。这可能是由于离子液体处理过程中晶体结构或表面性质的改变所致。

研究表明,特定的离子液体能够有效提升MAPbI3晶体的X射线光电转换性能。这种提升主要得益于离子液体对晶体表面的修饰作用,这使得钙钛矿表面缺陷减少、电子传输效率增强。值得注意的是,不同的离子液体对MAPbI3晶体的性能影响各异。离子液体种类和处理方法的优化能够显著提升晶体的光电流密度和荧光强度。因此,在选择离子液体时,需要根据具体的应用场景和需求进行筛选和优化。

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(a) 经不同离子液体浸泡后对MAPbI3晶体表面性能的影响;(b) 在不同光照下MAPbI3晶体中电子跃迁情况不同。

      

研究过程与结果

本文探究了三种离子液体——EMIMNTF2、HMITFSI和[Emim]BF4对X射线光电探测器中MAPbI3特性的影响。结果表明,这些离子液体在两种不同处理条件下改变了MAPbI3的性质。分析表明,EMIMNTF2、[Emim]BF4到HMITFSI三种离子液体的类型决定了表面晶界势垒。而两种离子液体处理方法之间最大的区别在于离子能否通过晶界势垒并传递到晶体内部。本文丰富了离子液体在改进钙钛矿X射线探测器方面的研究内容,并对研究离子液体与钙钛矿的相互作用有着重要的参考意义。

     

Coatings 期刊介绍

主编:Emerson Coy, Adam Mickiewicz University in Poznań, Poland;Wei Pan, Tsinghua University, China

期刊专注于发表涂层、表面、界面及薄-厚膜领域的研究成果。目前,期刊已被 Scopus、ProQuest、SCIE (Web of Science) 等数据库收录。

2022 Impact Factor:3.4

2023 CiteScore:5.0

Time to First Decision:13.8 Days

Time to Publication:33 Days

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